陳玉文，葉國英

CHEN Yu-wen, YE Guo-ying

（常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系，常州 213164）

0 引言

汽車零件點云數(shù)據(jù)經(jīng)點云處理、構(gòu)造8個面（擬合平面A、擬合平面B、圓角曲面C、自由曲面D、自由曲面E、圓角曲面F、圓角曲面G、圓角曲面H）及修剪面的邊界三步，便可完成該產(chǎn)品的外形逆向設(shè)計。汽車零件逆向設(shè)計要求：1）設(shè)計偏差≤0.5mm。2）角度偏差≤0.5°。3）曲面相切連續(xù)。原始點云數(shù)據(jù)如圖1所示，逆向設(shè)計完成后的產(chǎn)品如圖2所示。

圖1 原始點云數(shù)據(jù)

圖2 逆向設(shè)計完成后的產(chǎn)品

圖3 去除噪點后的點云數(shù)據(jù)

1 點云分析及處理

根據(jù)點云特征進行分塊處理，這對后面的設(shè)計十分重要。原始點云數(shù)據(jù)上有三處噪點，必須去除。1）對點云進行多邊形化；2）圈選點去除噪點2處，拾取刪除點1處，共3處噪點。經(jīng)去除噪點后點云數(shù)據(jù)如圖3所示。

2 構(gòu)造平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H

2.1 構(gòu)造擬合平面A

分析點云曲率，面A為平面，采用由點云構(gòu)建曲面的擬合平面方法構(gòu)造。1）評估分析點云曲率，為下面基于顏色的特征操作準備；2）基于色彩抽取點云，把點云曲率一致的原始點云分成幾部分；3）圈選平面A的點云；4）分析點云A曲率，確定曲面類型為基本平面；5）點云A構(gòu)造擬合平面；6）擬合平面延伸；7）測量點云偏差，檢查平面A的精度，最大偏差為0.223mm，符合要求。構(gòu)造擬合平面A如圖4所示。

2.2 構(gòu)造擬合平面B

平面B與平面A的構(gòu)造方法相同，即利用點云B擬合一個平面。1）圈選平面B的點云。2）構(gòu)造擬合平面B。3）對平面B進行延伸操作。4）檢查平面B的精度，最大偏差為0.332mm，符合要求。構(gòu)造擬合平面B如圖5所示。

2.3 構(gòu)造圓角曲面C

曲面C是由平面A與平面B進行倒圓角構(gòu)造而成。1）測量構(gòu)造曲面C的圓角半徑為28mm左右；2）構(gòu)造圓角曲面C；3）檢查曲面C的精度，最大偏差為0.338mm，符合要求。構(gòu)造圓角曲面C如圖6所示。

圖4 構(gòu)造擬合平面A

圖5 構(gòu)造擬合平面B

圖6 構(gòu)造圓角曲面C

2.4 構(gòu)造自由曲面D

分析點云曲率，曲面D為曲面，采用由點云構(gòu)建曲面的自由曲面方法構(gòu)造。1）基于色彩抽取點云，把點云曲率一致的原始點云分成幾部分；2）圈選曲面D的點云；3）分析點云D曲率，確定曲面類型為自由曲面；4）構(gòu)造自由曲面D，并顯示曲面D與點云D之間的誤差，最大偏差為0.151mm，符合要求；5）對曲面D進行延伸操作。構(gòu)造自由曲面D如圖7所示。

圖7 構(gòu)造自由曲面D

圖8 構(gòu)造自由曲面E

圖9 構(gòu)造圓角曲面F

2.5 構(gòu)造自由曲面E

曲面E與曲面D的構(gòu)造方法相同，即利用點云E構(gòu)造一個曲面。分析點云曲率，面E為曲面，采用自由曲面方法構(gòu)造。1）基于色彩抽取點云，把點云曲率一致的原始點云分成幾部分；2）圈選曲面E的點云；3）分析點云E曲率，確定曲面類型為自由曲面；4）構(gòu)造自由曲面E，并顯示曲面E與點云E之間的誤差，最大偏差為0.045mm，符合要求；5）對曲面E進行延伸操作。構(gòu)造自由曲面E如圖8所示。

2.6 構(gòu)造圓角曲面F

曲面F是由平面B與曲面E進行倒圓角構(gòu)造而成。1）測量構(gòu)造曲面F的圓角半徑為 20mm左 右；2） 構(gòu)造圓角曲面F。在圓角曲面對話框中選B-樣條選項；3）檢查曲面F的精度，最大偏差為0.157mm，符合要求。構(gòu)造圓角曲面F如圖9所示。

2.7 構(gòu)造圓角曲面G

曲面G與曲面F的構(gòu)造方法相同。曲面G是由平面B與曲面D進行倒圓角構(gòu)造而成。1）測量構(gòu)造曲面G的圓角半徑為20mm左右；2）構(gòu)造圓角曲面G。在圓角曲面對話框中選B-樣條選項；3）檢查曲面G的精度，最大偏差為0.342mm，符合要求。構(gòu)造圓角曲面G如圖10所示。

2.8 去除B、D、E面多余部分

平面B及曲面D、E有多余部分，必須修剪掉。1）修剪平面B的多余部分；2）修剪曲面D、E的多余部分。去除面多余部分如圖11所示。

圖10 構(gòu)造圓角曲面G

圖11 去除面多余部分

圖12 構(gòu)造圓角曲面H

2.9 構(gòu)造圓角曲面H

曲面G與曲面F的構(gòu)造方法相似。曲面H是由曲面D、G與曲面E、F進行倒圓角構(gòu)造而成。1）測量構(gòu)造曲面H的圓角半徑為10mm左右；2）G、F圓角曲面反轉(zhuǎn)曲面法向；3）構(gòu)造圓角曲面H，在圓角曲面對話框中選B-樣條選項；4）檢查曲面H的精度，最大偏差為0.333mm，符合要求。構(gòu)造圓角曲面H如圖12所示。

3 修剪平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H的邊界

平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H超 出原始點云數(shù)據(jù)最外輪廓邊界的部分須修剪。1）選擇點云的邊界點構(gòu)造5條3D B-樣條；2）對每條邊界曲線進行延伸；3）將每條邊界線投影曲線到曲面；4）對8個面進行修剪操作（修剪曲面區(qū)域），去除多余的曲面。設(shè)計完成后的產(chǎn)品如圖2所示。

4 結(jié)束語

通常所講的逆向設(shè)計是指將實物樣件轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型，點云數(shù)據(jù)可通過一些設(shè)備由實物獲取。Imageware是一門專業(yè)的逆向設(shè)計軟件，該軟件逆向設(shè)計功能強大、用途專一、效率高，但用途單一，對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計等方面不夠靈活。利用專業(yè)逆向設(shè)計軟件（如Imageware）和基于正向的高端CAD/CAM軟件（如UG）來進行產(chǎn)品的逆向設(shè)計，會帶來前所未有的方便和快捷。

[1]徐勤雁, 周超明, 單巖.UG NX逆向造型技術(shù)及應(yīng)用實例[M].北京∶ 清華大學(xué)出版社, 2008.